KR101466080B1 - Apparatus and method of controlling wind turbine - Google Patents
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Abstract
풍력 터빈 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력 터빈 제어 장치는, 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지하는 감지부; 및 풍력 터빈이 작동하는 동안 감지부로부터 수신한 감지값에 대응하여 한계 회전 속도를 결정하고, 풍력 터빈의 회전 속도가 한계 회전 속도에 도달하면 풍력 터빈을 정지시키는 제어부를 포함하고, 감지값의 크기와 이에 대응하여 결정되는 한계 회전 속도의 크기는 반비례한다.A wind turbine control apparatus and method are disclosed. A wind turbine control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a sensing unit for sensing a rotation acceleration of a wind turbine; And a control unit for determining a limit rotational speed corresponding to the sensing value received from the sensing unit during operation of the wind turbine and stopping the wind turbine when the rotational speed of the wind turbine reaches the limit rotational speed, And the magnitude of the limit rotational speed determined corresponding thereto are inversely proportional to each other.
Description
본 발명은 풍력 터빈 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind turbine control apparatus and method.
풍력은, 자연 상태의 무공해 에너지원으로서, 대체 에너지원 중 경제성이 높은 에너지원의 하나이다. 이러한 풍력을 이용한 풍력 터빈은 바람의 에너지를 회전 운동 에너지로 변환한 후, 다시 이를 전기 에너지로 변환하는 전력 변환 장치를 말한다.Wind power is a non-polluting energy source in a natural state, and is one of the most economical energy sources among alternative energy sources. A wind turbine using such wind power is a power conversion device that converts wind energy into rotational kinetic energy and then converts it into electric energy.
풍력 터빈은, 허브 및 허브에 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 로터, 로터가 회전 가능하게 결합되는 나셀, 그리고 나셀을 지지하는 타워를 포함한다. 전방에서 불어오는 바람에 의해 로터가 회전하면서 회전 에너지를 생성하고, 이 회전 에너지는 나셀의 발전기에 의해 전기 에너지로 변환된다.A wind turbine includes a rotor including a plurality of blades coupled to a hub and hub, a nacelle to which the rotor is rotatably coupled, and a tower that supports the nacelle. The rotor is rotated by the wind blowing from the front to generate rotational energy, and this rotational energy is converted into electrical energy by the generator of the nacelle.
종래 풍력 터빈은 정격 회전 속도보다 기 설정된 한계값에 도달하는 경우 이상 동작 또는 위험 상황으로 인식하여 정지한다. 이와 같은 종래 방식에 따르면, 이상 동작 또는 위험 상황에서 신속한 대처가 용이하지 않다.Conventional wind turbines recognize an abnormal operation or a dangerous situation and stop when reaching a preset limit value than the rated rotation speed. According to such a conventional system, it is not easy to quickly cope with an abnormal operation or a dangerous situation.
예컨대, 전혀 예상하지 못한 강풍이 불 때, 풍력 터빈의 회전 속도가 한계값에 도달하여 풍력 터빈이 정지하기도 전에 피치각 조절 장치 또는 컨버터 등이 손상될 수 있다.For example, when an unexpected strong wind is blown, the pitch angle regulator or the converter may be damaged before the rotational speed of the wind turbine reaches the limit value and the wind turbine is stopped.
본 발명의 실시예는, 위험 상황에서 신속한 대처가 가능하도록 구성된 풍력 터빈 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is intended to provide an apparatus and method for controlling a wind turbine configured to be capable of prompt response in a dangerous situation.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 터빈 제어 장치로서, 상기 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지하는 감지부; 및 상기 풍력 터빈이 작동하는 동안 상기 감지부로부터 수신한 감지값에 대응하여 한계 회전 속도를 결정하고, 상기 풍력 터빈의 회전 속도가 상기 한계 회전 속도에 도달하면 상기 풍력 터빈을 정지시키는 제어부를 포함하는, 풍력 터빈 제어 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind turbine control apparatus comprising: a sensing unit sensing a rotational acceleration of a wind turbine; And a control unit for determining a limit rotational speed corresponding to the sensing value received from the sensing unit during operation of the wind turbine and stopping the wind turbine when the rotational speed of the wind turbine reaches the limit rotational speed , A wind turbine control device may be provided.
상기 감지값의 크기와 이에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 크기는 반비례 할 수 있다.The magnitude of the sensing value and the magnitude of the limit rotational speed determined corresponding thereto may be inversely proportional to each other.
상기 감지값에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 최대값은 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배일 수 있다.The maximum value of the critical rotation speed determined corresponding to the sensing value may be 1.1 to 1.35 times the rated rotation speed.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 터빈의 제어 방법으로서, 상기 풍력 터빈이 작동하는 동안 상기 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지하는 단계; 상기 회전 가속도에 대응하여 한계 회전 속도를 결정하는 단계; 상기 풍력 터빈의 회전 속도가 상기 한계 회전 속도에 도달하면 상기 풍력 터빈을 정지시키는 단계를 포함하는, 풍력 터빈 제어 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a wind turbine, comprising: sensing rotation acceleration of the wind turbine during operation of the wind turbine; Determining a limit rotational speed corresponding to the rotational acceleration; And stopping the wind turbine when the rotational speed of the wind turbine reaches the limit rotational speed.
상기 회전 가속도의 크기와 이에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 크기는 상호 반비례 할 수 있다.The magnitude of the rotational acceleration and the magnitude of the limit rotational speed determined corresponding thereto may be inversely proportional to each other.
상기 회전 가속도에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 최대값은 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배일 수 있다.The maximum value of the critical rotation speed determined in accordance with the rotation acceleration may be 1.1 to 1.35 times the rated rotation speed.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 터빈의 회전 가속도에 따라 가변적으로 한계 회전 속도를 결정하고 풍력 터빈의 회전 속도가 결정된 한계 회전 속도에 도달하면 풍력 터빈을 정지시킴으로써, 위험 상황에 따른 신속한 대응이 가능하고 풍력 터빈의 손상이 효과적으로 방지된다.According to the embodiment of the present invention, when the rotational speed of the wind turbine is variably determined according to the rotational acceleration of the wind turbine and the rotational speed of the wind turbine reaches the determined rotational speed limit, the wind turbine is stopped, And the damage of the wind turbine is effectively prevented.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 풍력 터빈 제어 장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터를 표로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 제어 방법의 순서도이다.1 is a view for explaining a wind turbine control apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a table showing rotation acceleration-limit rotational speed data,
3 is a flowchart of a wind turbine control method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, do.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 풍력 터빈 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 풍력 터빈 제어 장치(1)는, 감지부(10)와 제어부를 포함한다. 참고로 후술하는 풍력 터빈의 회전 속도 및 회전 가속도는 풍력 터빈의 로터(R) 또는 발전기(G)의 회전 속도 및 회전 가속도를 의미한다.1 is a view for explaining a wind turbine control apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the wind turbine control apparatus 1 includes a
감지부(10)는, 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지한다. 감지부(10)는 일반적인 각가속도계(angular accelerometer)를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않으며, 각속도계를 차분하여 가속도를 감지할 수도 있다.The
감지부(10)에서 감지된 회전 가속도는 제어부(30)에서 수신된다. 제어부(30)는 마이컴을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 제어부(30)는 풍력 터빈이 정격 회전 속도에서 작동하는 동안 감지부(10)로부터 감지값을 수신한다.The rotation acceleration sensed by the
제어부(30)는 수신한 감지값에 대응하여 한계 회전 속도를 결정한다.The
한계 회전 속도를 결정하는 과정은 다음과 같다.The process of determining the limit rotation speed is as follows.
제어부(30)는 미리 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터를 획득할 수 있다. 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터는 예컨대 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터를 표로 나타낸 도 2와 같다. 도 2와 같은 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터는 풍력 터빈의 설계자에 의해 임의로 결정되거나 실험적, 경험적으로 결정될 수 있다.The
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(30)는 감지값을 회전 가속도-한계 회전 속도 데이터에 대입하고 이에 대응하는 한계 회전 속도를 결정한다. 예컨대 위 표를 참고하면, 제어부(30)가 수신한 감지값이 10 RPM/S 라면 이에 대응하는 한계 회전 속도는 정격 회전 속도의 1.2배가 된다.1 and 2, the
감지값의 크기와 이에 대응하여 결정된 한계 회전 속도의 크기는 반비례한다. 즉, 감지된 회전 가속도가 크면 이에 대응하여 결정된 한계 회전 속도는 작아지고, 감지된 회전 가속도가 작으면 이에 대응하여 결정된 한계 회전 속도는 커진다.The magnitude of the sensed value and the magnitude of the corresponding limit rotational speed are inversely proportional. That is, when the sensed rotational acceleration is large, the determined limit rotational speed becomes small, and when the sensed rotational acceleration is small, the determined limit rotational speed becomes large.
예컨대, 풍력 터빈 측으로 부는 돌풍의 속도가 클수록 풍력 터빈의 회전 가속도가 커진다. 그리고 돌풍의 속도가 클수록 짧은 시간 내에 풍력 터빈이 손상된다. 풍력 터빈의 회전 가속도가 커질 때 이에 대응하여 한계 회전 속도를 작게 하면 풍력 터빈이 보다 신속하게 정지할 수 있다.For example, the greater the speed of the blast blown toward the wind turbine, the greater the rotational acceleration of the wind turbine. And the larger the speed of the blast, the shorter the wind turbine is damaged. As the rotational acceleration of the wind turbine increases, the wind speed turbine can stop more quickly if the limit rotational speed is reduced.
감지값에 대응하여 결정되는 한계 회전 속도의 최대값은 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배가 되도록 설정될 수 있다. 풍력 터빈의 회전 속도가 정격 회전 속도의 1.1배 내지 1.35배를 넘으면 풍력 터빈이 손상될 가능성이 크기 때문에 감지값에 대응하여 결정되는 한계 회전 속도는 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배를 넘지 않도록 제공될 수 있다.The maximum value of the limit rotational speed determined in correspondence with the sensed value may be set to be 1.1 to 1.35 times the rated rotational speed. If the rotational speed of the wind turbine exceeds 1.1 times to 1.35 times the rated rotational speed, there is a high possibility that the wind turbine is damaged. Therefore, the limit rotational speed determined in accordance with the sensed value is provided not to exceed 1.1 to 1.35 times the rated rotational speed .
제어부(30)는 풍력 터빈의 회전 속도가 결정된 한계 회전 속도에 도달하면 풍력 터빈을 정지시킨다. 예컨대, 제어부(30)는 로터 브레이크(50)를 작동시켜 로터(R)의 회전을 정지시킬 수 있다. 또는 제어부(30)는 피치 드라이브(미도시)를 작동시켜 로터(R)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이때, 풍력 터빈의 회전 속도를 감지하기 위해 회전 속도 감지부(60)가 사용된다. 회전 속도 감지부(60)는 일반적인 회전속도계(tachometer)를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.The
이와 같이 작동하는 풍력 터빈 제어 장치(1)는 감지된 회전 가속도에 따라 가변적으로 한계 회전 속도를 결정하고 풍력 터빈의 회전 속도가 결정된 한계 회전 속도에 도달하면 풍력 터빈을 정지시킴으로써, 위험 상황에 따른 신속한 대응이 가능하고 풍력 터빈의 손상이 효과적으로 방지된다.The wind turbine control device 1 operating in this manner variably determines the limit rotation speed in accordance with the detected rotation acceleration and stops the wind turbine when the rotation speed of the wind turbine reaches the determined limit rotation speed, And the damage of the wind turbine is effectively prevented.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 제어 방법의 순서도이다. 이하, 도 3을 참조하여 풍력 터빈 제어 방법을 설명한다.3 is a flowchart of a wind turbine control method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a wind turbine control method will be described with reference to FIG.
먼저, 풍력 터빈이 정격 회전 속도로 작동하는 동안 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지한다(S100). 회전 가속도의 감지는 도 1의 감지부(10)에 의해 수행될 수 있다.First, the rotational acceleration of the wind turbine is sensed while the wind turbine operates at the rated rotational speed (S100). The sensing of the rotational acceleration may be performed by the
이후, 감지된 회전 가속도에 대응하여 한계 회전 속도를 결정한다(S200). 한계 회전 속도의 결정은 도 1의 제어부(30)에 의해 수행될 수 있고, 제어부(30)가 한계 회전 속도를 결정하는 방법은 앞선 설명으로 대신한다.Thereafter, the limit rotational speed is determined corresponding to the sensed rotational acceleration (S200). The determination of the limit rotational speed can be performed by the
이후, 풍력 터빈의 회전 속도가 결정된 한계 회전 속도에 도달하면 풍력 터빈을 정지시킨다(S300). 풍력 터빈의 정지는 도 1의 제어부(30)에 의해 수행될 수 있고, 제어부(30)가 풍력 터빈을 정지시키는 방법은 앞선 설명으로 대신한다.Thereafter, when the rotational speed of the wind turbine reaches the determined rotational speed limit, the wind turbine is stopped (S300). The stopping of the wind turbine can be performed by the
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
R : 로터 G : 발전기
10 : 감지부 30 : 제어부
50 : 로터 브레이크 60 : 회전 속도 감지부R: Rotor G: Generator
10: sensing unit 30:
50: Rotor brake 60: Rotation speed sensing part
Claims (6)
상기 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지하는 감지부; 및
상기 풍력 터빈이 작동하는 동안 상기 감지부로부터 수신한 감지값에 대응하여 한계 회전 속도를 결정하고, 상기 풍력 터빈의 회전 속도가 상기 한계 회전 속도에 도달하면 상기 풍력 터빈을 정지시키는 제어부를 포함하고,
상기 감지값의 크기와 이에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 크기는 반비례하는, 풍력 터빈 제어 장치.A wind turbine control device comprising:
A sensing unit sensing a rotational acceleration of the wind turbine; And
And a control unit for determining a limit rotational speed corresponding to the sensing value received from the sensing unit during operation of the wind turbine and stopping the wind turbine when the rotational speed of the wind turbine reaches the limit rotational speed,
Wherein the magnitude of the sensed value and the magnitude of the limit rotational speed corresponding thereto are inversely proportional to each other.
상기 감지값에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 최대값은 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배인, 풍력 터빈 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the maximum value of the limit rotational speed determined corresponding to the sensing value is 1.1 to 1.35 times the rated rotational speed.
상기 풍력 터빈이 작동하는 동안 상기 풍력 터빈의 회전 가속도를 감지하는 단계;
상기 회전 가속도에 대응하여 한계 회전 속도를 결정하는 단계;
상기 풍력 터빈의 회전 속도가 상기 한계 회전 속도에 도달하면 상기 풍력 터빈을 정지시키는 단계를 포함하고,
상기 회전 가속도의 크기와 이에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 크기는 반비례하는, 풍력 터빈 제어 방법.A method of controlling a wind turbine,
Sensing rotation acceleration of the wind turbine during operation of the wind turbine;
Determining a limit rotational speed corresponding to the rotational acceleration;
And stopping the wind turbine when the rotational speed of the wind turbine reaches the limit rotational speed,
Wherein the magnitude of the rotational acceleration is inversely proportional to the magnitude of the limit rotational speed determined corresponding thereto.
상기 회전 가속도에 대응하여 결정되는 상기 한계 회전 속도의 최대값은 정격 회전 속도의 1.1 내지 1.35 배인, 풍력 터빈 제어 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the maximum value of the limit rotational speed determined in correspondence with the rotational acceleration is 1.1 to 1.35 times the rated rotational speed.
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